低轨卫星切换方法、低轨卫星及低轨卫星网络与流程

1.本技术涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种低轨卫星切换方法、低轨卫星及低轨卫星网络。


背景技术：

2.由于低轨卫星的高速移动，部署在低轨卫星上的基站也就相对用户设备(英文全称：user equipment，英文简称：ue)快速运动，导致用户设备需要面临频繁的切换问题。通过仿真得知，直连卫星的ue每2-3分钟就需进行一次切换，如此频繁的切换会大大降低用户服务体验。
3.因此，亟需提供一种能够实现ue无感切换的低轨卫星切换方案，以解决上述现有技术存在的问题。


技术实现要素：

4.为了解决低轨卫星频繁切换导致的用户服务体验差的问题，本技术提供了一种低轨卫星切换方法、低轨卫星及低轨卫星网络。
5.根据本技术实施例的第一方面，公开了一种低轨卫星切换方法，该方法应用于第一卫星，用于使用户设备从所述第一卫星控制下的源卫星切换到目标卫星，包括：
6.当需要使用户设备从当前接入的源卫星切换到目标卫星时，通知所述目标卫星为所述用户设备作切换准备；
7.当所述目标卫星完成切换准备后，向所述目标卫星发送切换消息，所述切换消息包含所述用户设备对应的虚拟小区的小区识别码，所述小区识别码与通信配置之间具有映射关系，以使所述目标卫星以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务。
8.在一种示例性实施例中，该方法还包括：预先配置各虚拟小区的小区识别码与通信配置之间的映射关系，并向所控制下的卫星同步所述映射关系，每一所述虚拟小区对应于地面固定波位。
9.根据本技术实施例的第二方面，公开了一种低轨卫星，该低轨卫星包括一个或多个处理器以及存储器，该存储器用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述低轨卫星实现第一方面提供的方法。
10.根据本技术实施例的第三方面，公开了一种低轨卫星切换方法，该方法应用于目标卫星，用于使用户设备从第一卫星控制下的源卫星切换到所述目标卫星，包括：
11.当接收到所述第一卫星通知为用户设备作切换准备的消息时，为所述用户设备作切换准备；
12.接收所述第一卫星发送的切换消息，所述切换消息包含所述用户设备对应的虚拟小区的小区识别码，所述小区识别码与通信配置之间具有映射关系；
13.基于所述切换消息以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户
设备提供通信服务。
14.在一种示例性实施例中，该方法还包括：在为所述用户设备作切换准备时，基于所述用户设备接入所述源卫星时对应的定时提前量更新所述用户设备的定时提前量，并在以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务时向所述用户设备发送更新后的定时提前量。
15.在一种示例性实施例中，所述当需要使用户设备从当前接入的源卫星切换到目标卫星时，通知所述目标卫星为所述用户设备作切换准备，包括：
16.接收用户设备当前接入的源卫星发送的上行rrc消息，所述上行rrc消息携带目标卫星准备切换需要的信息和所述用户设备对应的虚拟小区的小区识别码；
17.基于所述上行rrc消息，向所述目标卫星发送ue上下文建立请求消息，以通知所述目标卫星为所述用户设备作切换准备。
18.根据本技术实施例的第四方面，公开了一种低轨卫星，该低轨卫星包括一个或多个处理器以及存储器，该存储器用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述低轨卫星实现第三方面提供的方法。
19.根据本技术实施例的第五方面，公开了一种低轨卫星网络，该低轨卫星网络包括第一卫星和在所述第一卫星控制下的多个第二卫星。其中，所述第一卫星部署集中单元，被配置为实现第一方面提供的方法。所述第二卫星部署分布单元，所述多个第二卫星中除了源卫星之外的任意一者能够作为目标卫星，所述目标卫星被配置为实现第三方面提供的方法。
20.根据本技术实施例的第六方面，公开了一种低轨卫星切换方法，该方法应用于低轨卫星网络，所述低轨卫星网络包括部署集中单元的第一卫星和在所述第一卫星控制下的部署分布单元的多个第二卫星，所述多个第二卫星包括源卫星和目标卫星，所述方法用于使用户设备从所述第一卫星控制下的源卫星切换到目标卫星，包括：
21.当需要使用户设备从当前接入的源卫星切换到目标卫星时，所述第一卫星通知所述目标卫星为所述用户设备作切换准备；
22.所述目标卫星基于所述第一卫星通知为所述用户设备作切换准备的消息为所述用户设备作切换准备；
23.所述第一卫星在所述目标卫星完成切换准备后，向所述目标卫星发送切换消息，所述切换消息包含所述用户设备对应的虚拟小区的小区识别码，所述小区识别码与通信配置之间具有映射关系；
24.所述目标卫星基于所述切换消息以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务。
25.在一种示例性实施例中，该方法还包括：所述第一卫星预先配置各虚拟小区的小区识别码与通信配置之间的映射关系，并向所控制下的第二卫星同步所述映射关系，每一所述虚拟小区对应于地面固定波位。
26.在一种示例性实施例中，所述源卫星根据星历信息和虚拟小区位置信息进行切换判决，以确定是否需要使用户设备切换到目标卫星；当确定需要使用户设备切换到目标卫星，所述源卫星向所述第一卫星发送上行rrc消息，请求所述第一卫星为切换准备资源，所述上行rrc消息携带目标卫星准备切换需要的信息和所述用户设备对应的虚拟小区的小区
识别码；所述第一卫星基于所述上行rrc消息，向所述目标卫星发送ue上下文建立请求消息，以通知所述目标卫星为所述用户设备作切换准备。
27.在一种示例性实施例中，所述上行rrc消息携带所述用户设备的定时提前量，所述目标卫星在为所述用户设备作切换准备时，基于所述用户设备接入所述源卫星时对应的定时提前量更新所述用户设备的定时提前量，并在以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务时向所述用户设备发送更新后的定时提前量。
28.在一种示例性实施例中，在所述第一卫星向所述目标卫星发送切换消息之前，该方法还包括：
29.所述第一卫星向所述源卫星发送ue上下文修改请求消息，指示所述源卫星停止向所述用户设备进行数据传输；
30.所述源卫星向所述第一卫星回复ue上下文修改响应消息，指示已停止为所述用户设备进行数据传输；
31.所述第一卫星在接收到所述ue上下文修改响应消息后，再执行向所述目标卫星发送切换消息的步骤。
32.在一种示例性实施例中，在所述目标卫星基于所述切换消息以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务之后，该方法还包括：
33.所述目标卫星向所述第一卫星发送指示已成功切换到相应的通信配置的切换确认消息；
34.所述第一卫星在接收到所述切换确认消息后，向所述源卫星发送ue上下文释放命令，所述ue上下文释放命令用于指示所述源卫星释放所述用户设备相关信令和用户数据传输资源；
35.所述源卫星基于所述ue上下文释放命令释放ue上下文，并用ue上下文释放完成消息来响应所述第一卫星。
36.本技术的实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果：
37.本技术提供的技术方案，定义小区识别码来标识各个虚拟小区，且小区识别码与通信配置之间具有映射关系，在需要使用户设备从源卫星切换到目标卫星时，第一卫星发送至目标卫星的切换消息中包含有虚拟小区的小区识别码，使得目标卫星以小区识别码对应的通信配置给虚拟小区中的用户设备提供通信服务。也即，采用切换前的通信配置为虚拟小区中的用户设备提供通信服务，用户设备也就不会感知到切换，实现了无感切换，避免了用户设备在卫星切换时与卫星进行频繁的信令交互，以保障用户服务连续性。
38.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。
附图说明
39.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
40.图1是根据一示例性实施例示出低轨卫星网络架构示意图；
41.图2是实施例一示出的低轨卫星切换方法流程图；
42.图3是根据一示例性实施例示出的小区识别码示意图；
43.图4是根据一示例性实施例示出的低轨卫星切换时的示意图；
44.图5是根据一示例性实施例示出的低轨卫星切换场景；
45.图6是实施例二示出的低轨卫星切换方法流程图；
46.图7是适于用来实现本技术的第一卫星和目标卫星的计算机系统架构；
47.图8是实施例三示出的低轨卫星切换方法流程图；
48.图9是实施例四示出的低轨卫星切换流程图。
49.附图标记说明如下：
50.101、第一卫星；102、第二卫星；103、轨道面；700、计算机系统；701、
51.cpu；702、rom；703、ram；704、总线；705、i/o接口；706、输入部分；707、输出部分；708、存储部分；709、通信部分；710、驱动器；711、可拆卸介质。
具体实施方式
52.尽管本技术可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本技术原理的示范性说明，而并非旨在将本技术限制到在此所说明的那样。
53.此外，本技术的描述中所提到的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选的还包括其它没有列出的步骤或模块，或可选的还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
54.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
55.在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。
56.为解决地面网络覆盖不足的问题，3gpp在tr 38.821中提出了一种非地面网络(英文全称：non-terrestrial network，英文简称：ntn)组网架构，将卫星作为接入节点或中继节点，从而扩大通信业务覆盖范围。3gpp目前针对ntn的研究主要面向透明转发模式卫星，其可以依托现有卫星技术，具有实现容易和成本较低的优点。然而，在透明转发模式下，用户设备(英文全称：user equipment，英文简称：ue)需要经历服务链路和馈电链路两段链路才能实现和基站的信息交互，除了会带来较大的空口时延外，还会导致无线链路性能差，因此需要进行更复杂的基带处理。此外，透明转发模式的卫星无法进行多跳转发，因此要求卫星可见区域必须有关口站，无关口站地区的卫星将无法为ue提供通信服务。
57.为解决以上问题，学术界和产业界均开始研究具有星上处理能力的再生模式卫星。通过基站上星，ue仅需经历服务链路就可实现和基站的信息交互，从而降低空口时延，简化基带处理复杂度。此外，通过星上能力增强，可以减少卫星与地面网络的信令交互，降低星地交互频率。再者，基站上星后可以通过星间链路将无关口站地区的用户接入转发到可用关口站。部分移动性管理功能可以前置到星上基站侧，根据星历信息，进行小区或波束切换，减少信令交互开销，降低切换失败概率。
58.然而，由于低轨卫星的高速移动，部署在低轨卫星上的基站将面临频繁的切换问题。为此，本技术面向低轨再生模式卫星，基于凝视覆盖模式，提出了低轨卫星切换方法、低
轨卫星及低轨卫星网络，实现无感切换。
59.图1示出了可以执行本技术低轨卫星切换方法的一种低轨卫星网络架构示意图。如图1所示，低轨卫星网络可以包括第一卫星101和多个第二卫星102，第一卫星101和多个第二卫星102布置在同一个轨道面103上。低轨卫星网络基于cu-du分离架构，第一卫星101部署集中单元(英文全称：central unit，英文简称：cu)，第二卫星102部署分布单元(英文全称：distributed unit，英文简称：du)。第一卫星101与第二卫星102之间通过f1接口进行逻辑连接，第一卫星101(cu)实现对同一轨道面103上的第二卫星102(du)的控制和管理，包括但不限于移动性管理，例如切换管理等。
60.其中，第一卫星101为轨道面103上数据处理能力和存储能力较高的卫星，以满足集中单元cu与多个分布单元du之间的数据处理和存储需求。
61.第一卫星101的数目可以是一个(如图1所示)或者多个。当第一卫星101的数目为多个时，也即同一个轨道面103上部署有多个集中单元cu。当第一卫星101的数目为多个时，多个第一卫星101在同一个轨道面103上均匀分布，以缩短轨道面103上第二卫星102与第一卫星101之间的传输路径。示例性地，第一卫星101的数目为两个，两个第一卫星101位于同一个轨道面103的两个相对侧。
62.第二卫星102工作在凝视覆盖模式下。凝视覆盖模式，即用户波束在一段时间保持对地面覆盖地理范围不变，然后周期性跳变对地覆盖位置。
63.第二卫星102与用户设备之间通过uu接口进行逻辑连接，以实现信息交互。当第二卫星102运行到固定位置的虚拟小区上方时，为该虚拟小区提供通信服务。
64.需要说明的是，图1所示低轨卫星网络仅包括位于同一轨道面上的第一卫星和多个第二卫星，仅作为本技术的其中一个示例性实施例，在其他实施例中，低轨卫星网络可以包括位于不同轨道面上的多个第一卫星和多个第二卫星。
65.本技术提供的低轨卫星切换方法，定义小区识别码(英文全称：cell orbit identifier，英文简称：coi)来标识各个虚拟小区，且小区识别码与通信配置之间具有映射关系，在需要使用户设备从源卫星切换到目标卫星时，采用切换前的通信配置为虚拟小区中的用户设备提供通信服务，用户设备也就不会感知到切换，实现了无感切换。具体通过如下实施例进行说明。
66.参阅图2，图2是实施例一示出的低轨卫星切换方法流程图，该低轨卫星切换方法用于第一卫星，用于使用户设备从第一卫星控制下的某一第二卫星(也即，源卫星)切换到另一第二卫星(也即，目标卫星)。该低轨卫星切换方法至少包括以下步骤201～步骤203。
67.在步骤201，预先配置各虚拟小区的小区识别码与通信配置之间的映射关系，并向所控制下的第二卫星同步映射关系。
68.其中，通信配置可以包括通信频道、通信频段、虚拟小区包含的用户设备信息等。
69.小区识别码唯一地表示每一个虚拟小区，在配置各虚拟小区的小区识别码与通信配置之间的映射关系之前，需要先定义虚拟小区和小区识别码。在该实施例中，基于凝视覆盖模式按照地面固定波位将地面划分成多个位置固定的虚拟小区，即，每一虚拟小区对应于地面固定波位，虚拟小区在物理位置上保持不变，小区识别码对应于物理位置固定的虚拟小区。关于小区识别码，对于同一虚拟小区，在不同的轨道面上，采用的小区识别码不同，例如，对于某一轨道面，小区识别码除了包含虚拟小区相关信息之外，还进一步含有该轨道
面上的第一卫星相关信息。
70.如图3所示，低轨卫星网络包括位于轨道面m上的多个卫星(包括至少一第一卫星和多个第二卫星)和位于轨道面n上的多个卫星(包括至少一第一卫星和多个第二卫星)。轨道面m与轨道面n对于同一虚拟小区对应的小区识别码不同。在图3中，coim,i表示在轨道面m虚拟小区i的小区识别码，i∈(1,2,
…
,n)；coin,j表示在轨道面n虚拟小区j的小区识别码，j∈(1,2,
…
,n)。
71.当需要使用户设备从第一卫星控制下的某一第二卫星(以下称为源卫星)切换到另一第二卫星(以下称为目标卫星)时，进入步骤202。
72.首先参阅图4和图5所示，随着低轨卫星的移动，轨道面m上的源卫星逐渐远离虚拟小区i，目标卫星逐渐接近虚拟小区i，此时，将要进行同轨低轨卫星切换，以使用户设备从第一卫星101控制下的源卫星切换到目标卫星。
73.详细地，接收用户设备当前接入的源卫星发送的上行rrc(英文全称：radio resource control)消息，上行rrc消息携带目标卫星准备切换需要的信息和用户设备对应的虚拟小区的小区识别码，基于上行rrc消息确认用户设备需要从同轨第一卫星控制下的源卫星切换到目标卫星。
74.在步骤202，通知目标卫星为用户设备作切换准备。
75.详细地，向目标卫星发送ue上下文建立请求消息，ue上下文建立请求消息包括切换准备信息，以通知目标卫星在目标卫星处创建ue上下文并设置一个或多个数据承载和信令承载，从而为用户设备作切换准备。
76.当目标卫星完成切换准备后，进入步骤203。
77.在步骤203，向目标卫星发送切换消息，切换消息包含用户设备对应的虚拟小区的小区识别码，以使目标卫星以小区识别码对应的通信配置给虚拟小区中的用户设备提供通信服务。
78.参阅图6，图6是实施例二示出的低轨卫星切换方法流程图，该低轨卫星切换方法用于目标卫星，用于使用户设备从第一卫星控制下的某一第二卫星(也即，源卫星)切换到另一第二卫星(也即，目标卫星)。该低轨卫星切换方法至少包括以下步骤601～步骤603。
79.在步骤601，当接收到第一卫星通知为用户设备作切换准备的消息时，为用户设备作切换准备。
80.为用户设备作切换准备，具体可以包括：根据自身负载和ue上下文等信息判断是否能够为用户设备提供通信服务，若是，再创建ue上下文并设置一个或多个无线数据承载和无线信令承载，以为用户设备作切换准备。
81.当不能够为用户设备提供通信服务时，例如自身负载过大导致没有足够的资源为用户设备提供通信服务，不再执行后续步骤602和步骤603。也即，暂不进行切换。
82.在完成切换准备之后，可以进一步向第一卫星发送ue上下文建立响应消息，以向第一卫星报告ue上下文创建结果以及无线数据承载和无线信令承载的设置结果。也即，向第一卫星报告已完成切换准备，以便第一卫星进一步下发切换消息。
83.在步骤602，接收第一卫星发送的切换消息，切换消息包含用户设备对应的虚拟小区的小区识别码。
84.如前述描述，小区识别码与通信配置之间具有映射关系。
85.在步骤603，基于切换消息以小区识别码对应的通信配置给虚拟小区中的用户设备提供通信服务。
86.此时，该虚拟小区中的用户设备即可通过目标卫星向第一卫星传输上行数据包，以进一步实现用户设备与第一卫星之间的数据交互。
87.如前述描述，通信配置可以包括通信频道、通信频段、虚拟小区包含的用户设备信息等。
88.在一实施例中，在以小区识别码对应的通信配置给虚拟小区中的用户设备提供通信服务之后，还可以进一步执行向第一卫星回复切换确认消息，指示已成功切换到小区识别码对应的通信配置。
89.在一实施例中，在向第一卫星回复切换确认消息之后，还可以进一步执行向第一卫星发送下行链路数据传输状态帧，以通知第一卫星其缓存状态，从而使第一卫星向其发送下行数据包，以进一步实现用户设备与第一卫星之间的数据交互。其中，下行数据包可以是包括第一卫星针对于当前收到的上行数据包的响应消息，还可以包括在源卫星中未成功向用户设备发送的下行数据。
90.定时提前(英文全称：timing advance，英文简称：ta)：是无线网络协议中，无线信号从用户设备传输到基站接收端的空口时间，用以提前该时间发送数据包，弥补空口的传输时延。在与卫星进行数据交互的过程中，用户设备基于定时提前量发送上行数据包。
91.在本技术一个实施例中，在为用户设备作切换准备时，还基于用户设备接入源卫星时对应的定时提前量(下面称为基准定时提前量)更新用户设备的定时提前量，并在以小区识别码对应的通信配置给虚拟小区中的用户设备提供通信服务时向用户设备发送更新后的定时提前量。
92.定时提前量随用户设备与卫星的距离发生变化，目标卫星在基准定时提前量的基础上进行定时提前量更新，获得更新后的定时提前量，无需用户设备主动发送测量消息，可以减少卫星切换时用户设备在与卫星的信令交互，以保障用户服务连续性。
93.详细地，目标卫星可以从源卫星获知用户设备的位置信息，再根据目标卫星与源卫星的距离和用户设备的位置信息，进一步计算出目标卫星与用户设备之间相较于源卫星与用户设备之间的距离变动量，再根据该距离变动量调整基准定时提前量，从而获得更新后的定时提前量。
94.图7是适于用来实现本技术的第一卫星和目标卫星的计算机系统架构。
95.需要说明的是，图7示出的计算机系统700仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
96.如图7所示，计算机系统700包括中央处理单元(central processing unit，cpu)701，其可以根据存储在只读存储器(read-only memory，rom)702中的程序或者从存储部分708加载到随机访问存储器(random access memory，ram)703中的程序而执行各种适当的动作和处理，例如执行上述实施例一或实施例二中的方法。在ram 703中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。cpu 701、rom 702以及ram 703通过总线704彼此相连。输入/输出(input/output，i/o)接口705也连接至总线704。
97.以下部件连接至i/o接口705：包括键盘、鼠标等的输入部分706；包括诸如阴极射线管(cathode ray tube，crt)、液晶显示器(liquid crystal display，lcd)等以及扬声器
等的输出部分707；包括硬盘等的存储部分708；以及包括诸如lan(local area network，局域网)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分709。通信部分709经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器710也根据需要连接至i/o接口705。可拆卸介质711，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器710上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分708。
98.特别地，根据本技术的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本技术的实施例包括一种计算机程序产品，其包括盛放在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行图2或图6所示的方法的计算机程序。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分709从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)701执行时，执行本技术的系统中限定的各种功能。
99.需要说明的是，本技术实施例所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(erasable programmable read only memory，eprom)、闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(compact disc read-only memory，cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本技术中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中盛放了计算机可读的计算机程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
100.接下来参阅图8，图8是实施例三示出的低轨卫星切换方法流程图，该低轨卫星切换方法用于低轨卫星网络，例如是图1中所示的低轨卫星网络，以用于使用户设备从第一卫星控制下的某一第二卫星(也即，源卫星)切换到另一第二卫星(也即，目标卫星)。该低轨卫星切换方法至少包括以下步骤801～步骤804。
101.在步骤801，当需要使用户设备从当前接入的源卫星切换到目标卫星时，第一卫星通知目标卫星为用户设备作切换准备。
102.详细地，当需要使用户设备从当前接入的源卫星切换到目标卫星时，第一卫星向目标卫星发送ue上下文建立请求消息。该ue上下文建立请求消息包括切换准备信息，以通知目标卫星在目标卫星处创建ue上下文并设置一个或多个数据承载和信令承载，从而为用户设备作切换准备。
103.在步骤802，目标卫星基于第一卫星通知为用户设备作切换准备的消息为用户设备作切换准备。
104.为用户设备作切换准备，具体可以包括：根据自身负载和ue上下文等信息判断是否能够为用户设备提供通信服务，若是，再创建ue上下文并设置一个或多个无线数据承载和无线信令承载，以为用户设备作切换准备。
105.在一实施例中，在完成切换准备之后，目标卫星进一步向第一卫星发送ue上下文建立响应消息，以向第一卫星报告ue上下文创建结果以及无线数据承载和无线信令承载的设置结果。也即，向第一卫星报告已完成切换准备，以便第一卫星进一步下发切换消息。
106.在步骤803，第一卫星在目标卫星完成切换准备后，向目标卫星发送切换消息，切换消息包含用户设备对应的虚拟小区的小区识别码。
107.如前述描述，小区识别码与通信配置之间具有映射关系。
108.在步骤804，目标卫星基于切换消息以小区识别码对应的通信配置给虚拟小区中的用户设备提供通信服务。
109.此时，该虚拟小区中的用户设备即可通过目标卫星向第一卫星传输上行数据包，以进一步实现用户设备与第一卫星之间的数据交互。
110.如前述描述，通信配置可以包括通信频道、通信频段、虚拟小区包含的用户设备信息等。
111.在一个实施例中，在步骤801之前，第一卫星预先配置各虚拟小区的小区识别码与通信配置之间的映射关系，并向所控制下的第二卫星同步映射关系。以使得步骤804中目标卫星能够以小区识别码对应的通信配置给虚拟小区中的用户设备提供通信服务。
112.在一个实施例中，源卫星根据星历信息和虚拟小区位置信息进行切换判决，来确定是否需要使用户设备切换到目标卫星。切换判决时，源卫星无需与第一卫星或用户设备进行信令交互，可以提高切换判决效率。
113.当然，在一些实施例中，也可以是源卫星向第一卫星发送请求信息，通过第一卫星根据星历信息和虚拟小区位置信息进行切换判决。
114.在一个实施例中，当确定需要使用户设备切换到目标卫星，源卫星向第一卫星发送上行rrc消息，请求第一卫星为切换准备资源。上行rrc消息携带目标卫星准备切换需要的信息和用户设备对应的虚拟小区的小区识别码。第一卫星基于上行rrc消息得知用户设备需要从源卫星切换到目标卫星，并向目标卫星发送ue上下文建立请求消息，以通知目标卫星为用户设备作切换准备。
115.在一个实施例中，上行rrc消息携带用户设备的定时提前量，目标卫星在为用户设备作切换准备时，基于用户设备接入源卫星时对应的定时提前量更新用户设备的定时提前量，并在以小区识别码对应的通信配置给虚拟小区中的用户设备提供通信服务时向用户设备发送更新后的定时提前量。无需用户设备主动发送测量消息，可以减少卫星切换时用户设备在与卫星的信令交互，以保障用户服务连续性。
116.在一个实施例中，在步骤802之后，步骤803之前，第一卫星向源卫星发送ue上下文修改请求消息，指示源卫星停止向用户设备进行数据传输。源卫星在接收到ue上下文修改请求消息后，停止向用户设备进行数据传输，并向第一卫星回复ue上下文修改响应消息，指示已停止为用户设备进行数据传输。第一卫星在接收到ue上下文修改响应消息后，再执行步骤803。
117.在一个实施例中，源卫星向第一卫星回复ue上下文修改响应消息时，同步地，向第
一卫星发送下行链路数据传输状态帧，以通知第一卫星未成功向ue发送的下行数据。
118.在一个实施例中，在步骤804之后，目标卫星向第一卫星发送指示已成功切换到相应的通信配置的切换确认消息。第一卫星在接收到切换确认消息后，向源卫星发送ue上下文释放命令，ue上下文释放命令用于指示源卫星释放用户设备相关信令和用户数据传输资源。源卫星基于ue上下文释放命令释放ue上下文，并用ue上下文释放完成消息来响应第一卫星。借此，及时释放该用户设备在源卫星占用的资源。
119.在一个实施例中，目标卫星向第一卫星发送指示已成功切换到相应的通信配置的切换确认消息之后，还进一步向第一卫星发送下行链路数据传输状态帧，以通知第一卫星其缓存状态，从而使第一卫星向其发送下行数据包，以进一步实现用户设备与第一卫星之间的数据交互。
120.参阅图9，图9是实施例四示出的低轨卫星切换流程图，如图9所示，该低轨卫星切换方法包括以下步骤901～步骤912。
121.在步骤901，第一卫星(cu卫星)定时向同一轨道上其控制的所有第二卫星同步预配置信息，该预配置信息包括小区识别码(coi)规划、小区识别码与通信配置之间的映射关系、星历信息、ue的定时提前量ta等。
122.在步骤902，源卫星(源du卫星)根据星历信息和小区位置信息等进行切换判决。
123.在步骤903，在决定切换后，源卫星向第一卫星发送上行rrc消息，请求第一卫星为切换准备相关资源。上行rrc消息携带目标卫星(目标du卫星)准备切换所必要的信息，该信息至少包括：ue的c-rnti(英文全称：radio network temporary indentifier，中文全称：无线网临时标识)、ue能力、ue的ta信息、ue对应的coi等。
124.在步骤904，第一卫星向目标卫星发送ue上下文建立请求消息，以在目标卫星处创建ue上下文并设置一个或多个无线数据承载和无线信令承载。ue上下文建立请求消息包括切换准备信息。
125.在步骤905，目标卫星根据自身负载以及ue上下文等信息进行准入控制，包括ue的ta信息更新。
126.详细地，目标卫星根据自身负载以及ue上下文等信息判断是否能够为用户设备提供通信服务，若确认能够为用户设备提供通信服务，再创建ue上下文并设置一个或多个无线数据承载和无线信令承载，以及进行ue的ta信息更新。
127.在步骤906，目标卫星向第一卫星发送ue上下文建立响应消息，向第一卫星报告ue上下文创建结果以及无线数据承载和无线信令承载的设置结果。
128.若结果为ue上下文已创建以及已为ue设置对应的无线数据承载和无线信令承载，进入步骤906。
129.在步骤907，第一卫星向源卫星发送ue上下文修改请求消息，指示源卫星停止向ue进行数据传输。
130.在步骤908，源卫星向第一卫星回复ue上下文修改响应消息，指示已停止为ue进行数据传输。
131.同步地，源卫星向第一卫星发送下行链路数据传输状态帧，以通知第一卫星未成功向ue发送的下行数据。
132.在步骤909，第一卫星向目标卫星发送切换消息，切换消息包含用户设备对应的虚
拟小区的coi，以指示目标卫星以该coi对应的通信配置给虚拟小区中的ue提供通信服务。
133.在步骤910，目标卫星向第一卫星回复切换确认消息，指示目标卫星已成功切换到相应的通信配置。
134.此时，ue可以通过目标卫星向第一卫星传输上行数据包。目标卫星发送下行链路数据传输状态帧以通知第一卫星，下行数据包将从第一卫星发送到目标卫星，从而通过目标卫星发送至ue。
135.在步骤911，第一卫星向源卫星发送ue上下文释放命令，指示源卫星释放ue相关信令和用户数据传输资源。
136.在步骤912，源卫星释放ue上下文并用ue上下文释放完成消息来响应第一卫星。
137.需要说明的是，上述实施例中所列举的低轨卫星切换方法为应用于同一轨道面上的卫星之间切换，当然，本技术的低轨卫星切换方法也可以是应用于不同轨道面上的卫星之间切换。
138.本技术针对凝视覆盖模式卫星，定义coi来标识各个地面固定波位对应的虚拟小区，并建立coi与通信配置之间的映射关系，同一轨道面上任意第二卫星在运行到固定位置的虚拟小区上方时，均可以采用该虚拟小区的coi对应的通信配置为该虚拟小区中的ue提供通信服务，即，目标卫星采用与源卫星相同的配置为虚拟小区内的ue提供通信服务，因此虚拟小区内的ue不会感知到切换，ue也无需进行测量上报、rrc重配、随机接入等过程，从而避免ue在卫星切换时与卫星进行频繁的信令交互，做到ue无感切换，保障用户服务连续性。
139.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种低轨卫星切换方法，其特征在于，应用于第一卫星，用于使用户设备从所述第一卫星控制下的源卫星切换到目标卫星，所述方法包括：当需要使用户设备从当前接入的源卫星切换到目标卫星时，通知所述目标卫星为所述用户设备作切换准备；当所述目标卫星完成切换准备后，向所述目标卫星发送切换消息，所述切换消息包含所述用户设备对应的虚拟小区的小区识别码，所述小区识别码与通信配置之间具有映射关系，以使所述目标卫星以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：预先配置各虚拟小区的小区识别码与通信配置之间的映射关系，并向所控制下的卫星同步所述映射关系，每一所述虚拟小区对应于地面固定波位。3.一种低轨卫星切换方法，其特征在于，应用于目标卫星，用于使用户设备从第一卫星控制下的源卫星切换到所述目标卫星，所述方法包括：当接收到所述第一卫星通知为用户设备作切换准备的消息时，为所述用户设备作切换准备；接收所述第一卫星发送的切换消息，所述切换消息包含所述用户设备对应的虚拟小区的小区识别码，所述小区识别码与通信配置之间具有映射关系；基于所述切换消息以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：在为所述用户设备作切换准备时，基于所述用户设备接入所述源卫星时对应的定时提前量更新所述用户设备的定时提前量，并在以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务时向所述用户设备发送更新后的定时提前量。5.一种低轨卫星，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述低轨卫星实现如权利要求1至2任一项所述的方法，或，执行如权利要求3至4任一项所述的方法。6.一种低轨卫星网络，其特征在于，包括：第一卫星，部署集中单元，所述第一卫星被配置为执行如权利要求1至2任一项所述的方法；在所述第一卫星控制下的多个第二卫星，部署分布单元，所述多个第二卫星中除了源卫星之外的任意一者能够作为目标卫星，所述目标卫星被配置为执行如权利要求3至4任一项所述的方法。7.一种低轨卫星切换方法，其特征在于，应用于低轨卫星网络，所述低轨卫星网络包括部署集中单元的第一卫星和在所述第一卫星控制下的部署分布单元的多个第二卫星，所述多个第二卫星包括源卫星和目标卫星，所述方法用于使用户设备从所述第一卫星控制下的源卫星切换到目标卫星，包括：当需要使用户设备从当前接入的源卫星切换到目标卫星时，所述第一卫星通知所述目
标卫星为所述用户设备作切换准备；所述目标卫星基于所述第一卫星通知为所述用户设备作切换准备的消息为所述用户设备作切换准备；所述第一卫星在所述目标卫星完成切换准备后，向所述目标卫星发送切换消息，所述切换消息包含所述用户设备对应的虚拟小区的小区识别码，所述小区识别码与通信配置之间具有映射关系；所述目标卫星基于所述切换消息以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：所述第一卫星预先配置各虚拟小区的小区识别码与通信配置之间的映射关系，并向所控制下的第二卫星同步所述映射关系，每一所述虚拟小区对应于地面固定波位。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述源卫星根据星历信息和虚拟小区位置信息进行切换判决，以确定是否需要使用户设备切换到目标卫星；当确定需要使用户设备切换到目标卫星，所述源卫星向所述第一卫星发送上行rrc消息，请求所述第一卫星为切换准备资源，所述上行rrc消息携带目标卫星准备切换需要的信息和所述用户设备对应的虚拟小区的小区识别码；所述第一卫星基于所述上行rrc消息，向所述目标卫星发送ue上下文建立请求消息，以通知所述目标卫星为所述用户设备作切换准备；其中，所述上行rrc消息携带所述用户设备的定时提前量，所述目标卫星在为所述用户设备作切换准备时，基于所述用户设备接入所述源卫星时对应的定时提前量更新所述用户设备的定时提前量，并在以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务时向所述用户设备发送更新后的定时提前量。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述第一卫星向所述目标卫星发送切换消息之前，还包括：所述第一卫星向所述源卫星发送ue上下文修改请求消息，指示所述源卫星停止向所述用户设备进行数据传输；所述源卫星向所述第一卫星回复ue上下文修改响应消息，指示已停止为所述用户设备进行数据传输；所述第一卫星在接收到所述ue上下文修改响应消息后，再执行向所述目标卫星发送切换消息的步骤；在所述目标卫星基于所述切换消息以所述小区识别码对应的通信配置给所述虚拟小区中的用户设备提供通信服务之后，还包括：所述目标卫星向所述第一卫星发送指示已成功切换到相应的通信配置的切换确认消息；所述第一卫星在接收到所述切换确认消息后，向所述源卫星发送ue上下文释放命令，所述ue上下文释放命令用于指示所述源卫星释放所述用户设备相关信令和用户数据传输资源；所述源卫星基于所述ue上下文释放命令释放ue上下文，并用ue上下文释放完成消息来
响应所述第一卫星。

技术总结
本申请涉及卫星通信技术，揭示一种低轨卫星切换方法、低轨卫星及低轨卫星网络，该方案定义小区识别码来标识各个虚拟小区，且小区识别码与通信配置之间具有映射关系，在需要使用户设备从源卫星切换到目标卫星时，源卫星发送至第一卫星的消息中含有用户设备所在虚拟小区对应的小区识别码，第一卫星发送至目标卫星的切换消息中包含有虚拟小区的小区识别码，目标卫星以小区识别码对应的通信配置给虚拟小区中的用户设备提供通信服务。也即，采用切换前的通信配置为虚拟小区中的用户设备提供通信服务，用户设备也就不会感知到切换，实现了无感切换，避免了用户设备在卫星切换时与卫星进行频繁的信令交互，以保障用户服务连续性。以保障用户服务连续性。以保障用户服务连续性。


技术研发人员：黄璇 宗佳颖 刘洋 陈鹏
受保护的技术使用者：中国电信股份有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/11